III. METODOLOGÍA Y EQUIPO Para la determinación de las

III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
Para la determinación de las condiciones de secado bajo las cuales es posible
mejorar la calidad de la fruta deshidratada, la metodología a seguir parte desde la
selección del fruto, su preparación y determinación de características iniciales. Para los
fines de esta tesis, se estudian las condiciones de secado para la deshidratación del
plátano tipo tabasco variedad Roatán. Se evalúa la calidad del producto deshidratado
bajo la medición de tres parámetros: color, actividad de agua y contenido de humead
final.
La parte experimental se realiza utilizando el equipo del Centro de Investigación
Interdisciplinario del Instituto Politécnico Nacional en Oaxaca (CIIDIR-IPN), el cual
consta de un túnel de secado controlado al cual se adaptó una bomba de calor.
3.1 Selección del fruto.
Para llevar a cabo la parte experimental de este trabajo, es necesario considerar
las características del fruto que se va a secar, pues de éstas depende la calidad final del
fruto deshidratado. Dichas características están dadas por el estado de madurez del
plátano.
La madurez de un fruto es el estado de desarrollo en que una planta o parte de la
planta tiene los prerrequisitos para usarse por los consumidores para un fin particular,
esta dado por índices físicos y químicos, tales como el tamaño, color, textura y
contenido de nutrientes.
Existen siete etapas de madurez para el plátano, durante las primeras tres etapas
el fruto es de cáscara verde con vetas negras, su sabor es salado, su pulpa es firme y
astringente de color marfil. A partir de la cuarta etapa el color de la cáscara se torna
amarillo con algunos tonos verdes a los extremos, la pulpa es blanda y almidonada, de
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
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color amarillo-salmón con sabor dulce. Durante la última etapa (7ª etapa) empiezan a
aparecer algunos lunares en la cáscara del fruto y es cuando el plátano ha completado su
maduración.
Durante la experimentación, el plátano empleado es aquél cuya madurez está en
alguna de las últimas tres etapas, con el fin de analizar si existe repercusión alguna en el
producto deshidratado.
3.2 Preparación de las muestras.
Antes de iniciar con el proceso de secado, es necesario seguir una serie de
procedimientos que permitan un secado uniforme del fruto, conservando sus
características físicas para obtener un producto de calidad cuya vida pueda prolongarse.
Primero, se lava y pela el fruto de manera manual, puesto que la cáscara del
plátano es gruesa y la forma del fruto permite que se pele sin necesidad de emplear un
pelador de fruta.
Después, se rebana el plátano sobre una superficie plana que puede ser una tabla
de madera o de plástico rígido, empleando un cuchillo de acero inoxidable previamente
lavado, cuidando que cada una de los cortes tenga un espesor de 5mm.
Es importante cuidar el grosor del fruto que se va a secar, pues de esta manera es mucho
más fácil eliminar el contenido de agua que se encuentra en su interior. Así mismo, se
procura que todos los trozos de fruta tengan el mismo tamaño, para lo cual se cortan los
extremos del plátano y así el cuerpo queda como un tronco recto.
Debido a que el plátano es una fruta con alto contenido de almidones y pocos
ácidos, su sensibilidad al calor aumenta, ocasionando daños en su color y textura
principalmente, por lo cual, se considera la aplicación de un pretratamiento al fruto antes
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
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de iniciar el secado. De esta manera es posible evaluar su efecto en la calidad final del
producto.
Por lo anterior, las rebanadas de plátano sometidas a pretratamiento previo, son
sumergidas en una solución de ácido cítrico al 1%, dejándose remojar por un tiempo de
15 minutos. En ocasiones, el recipiente con el fruto y la solución se introducen a una
cámara de vacío hasta alcanzar una presión de 19 mmHg, con el fin de desplazar el
oxígeno contenido en el fruto de manera que se absorba mayor cantidad de solución de
ácido cítrico.
3.3 Características iniciales del plátano.
3.3.1 Determinación de la madurez.
Existen distintas medidas para conocer la madurez de un fruto. Entre las medidas
físicas están: color de la pulpa o piel, color de la semilla, tamaño, peso y densidad.
Una de las medidas químicas que con mayor frecuencia se emplea para determinar el
grado de madurez de un fruto es la determinación del contenido en azúcares, la cual se
expresa en °Brix, que al relacionarse con la acidez del fruto nos permite conocer el
índice de madurez:
índice de madurez ( IM ) =
° Brix
acidez
(1)
3.3.1.1 Determinación de azúcares.
Los azúcares (° Brix), representan los sólidos solubles totales presentes en el
fruto y su determinación se hace utilizando un refractómetro, previamente calibrado.
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
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Para determinar los sólidos solubles del plátano, es necesario hacer una solución,
para lo cual se pesan 30 gr. de pulpa y se homogenizan con 90 ml de agua destilada
durante 2.5 min., utilizando una licuadora. Después se vierten dos o tres gotas en el
refractómetro el cual nos da una lectura en ° Brix.
3.3.1.2 Determinación de acidez.
La acidez, indica el contenido en ácidos del fruto. A mayor madurez menor
contenido en ácidos.
De la solución preparada para la medición de °Brix, se prepara una nueva
solución con 25 ml de agua destilada y 25 ml de la solución de plátano.
El porcentaje de acidez se determina mediante una titulación ácido-base, con la
ayuda de una bureta, fenoftaleína como sustancia indicadora y como titulante hidróxido
de sodio (NaOH, 0.1 N). El resultado puede ser expresado en términos de un ácido en
particular. Para el caso del plátano el ácido maléico es el que se encuentra en mayor
proporción en la fruta y por esta razón la acidez se expresa como porcentaje de ácido
maléico:
% ácido maléico =
(ml
NaOH )( N
NaOH )(meq. ac. maléico)100
Wmuestra
(2)
Donde:
N: normalidad
meq: mili equivalentes (Peso molecular ac. maléico = 67.045 g/mol /1000)
W: peso de la muestra (8.33 gr.)
Para reducir el margen de error en el momento de titular, se hace uso de un
potenciómetro marca Orion, modelo 420 A, lo cual nos permite controlar la cantidad de
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hidróxido de sodio necesario para la determinación de acidez. Lo anterior se logra
cuando la solución problema alcanza un pH de 8.2, que es el
valor en donde la
fenoftaleína cambia de color.
3.3.2 Determinación de humedad.
El contenido de humedad del fruto es el peso de la cantidad de agua presente en
él en función de su peso seco.
Para determinar que contenido de humedad existe en las muestras de plátano se
utiliza una balaza que funciona a base de radiación infrarroja, modelo AD-4714A.
El procedimiento es el siguiente:
1. Se colocan muestras del material seleccionado en la charola de la balanza, hasta
alcanzar un peso de 3 ó 4 gr. Las rodajas del plátano deben ser muy delgadas
entre 0.05-1 mm. Debe procurarse que la operación de cortar las muestras y
colocarse en la charola de la balanza sea rápida pues desde el momento en que el
fruto es despojado de su cáscara y se pone en contacto con el medio ambiente,
empieza a perder humedad.
2. Una vez colocada la muestra en la balanza, se cierra y se inicia la operación para
la determinación del contenido de humedad, el cual se muestra en porcentaje de
humedad relativa (%HR). Las condiciones a las que se programa la balanza son:
78°C de temperatura por un tiempo de 70 min. El tiempo y la temperatura a la
que se opera la balanza con radiación infrarroja son aquellas que en base a la
normatividad se asemejan a la operación del horno con vacío para la
determinación de contenido de humedad.
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
25
3.3.3 Medición de color.
Para la medición de color se utiliza un colorímetro, de marca MiniScan
Spectrocolorimeter Hunter-Lab, modelo MS/B, de geometría difusa. El funcionamiento
de este dispositivo, se basa en comparar los parámetros de la muestra a evaluar con un
estándar que representa lo ideal, en este caso el estándar es un azulejo de color blanco.
El colorímetro, maneja cuatro escalas de color (XYZ, YXY, Hunter LAB,
CIELAB L*a*b*) y cinco tipos de iluminación (incandescente, luz de día promedio, luz
de día y blanco frío fluorescente). La escala de color recomendada para usos industriales
es la CIELAB debido a su fácil interpretación, como se muestra en el siguiente cuadro:
Cuadro II. Interpretación y escala de los parámetros de color.
Parámetro
L*
Interpretación
Designa
luminosidad
a*
o 100 = blanco
0 = negro
Indica que tan rojo o verde es Positivo = rojo
el alimento
b*
brillantez
Escala
Negativo = verde
Indica que tan amarillo o azul Positivo = amarillo
es el alimento
Negativo = azul
El plátano procesado industrialmente tiene un grado de madurez 5, tomando esto
como base para el estudio de este trabajo, las escalas para cada parámetro para el plátano
fresco con esta madurez son:
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
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Cuadro III. Valores de los parámetros de color para plátano con grado de madurez cinco.
Parámetro
Rango
L*
75-76
a*
3-5
b*
48-50
Algunas precauciones a considerara al momento de hacer la medición para la
obtención de datos sea confiable, son:
1. El área de vista del MiniScan debe estar plana con respecto a la superficie de la
muestra.
2. El MiniScan debe tener el mayor contacto posible con el producto.
3. Si se hace la medición de una muestra cuya textura, color o figura es irregular,
como en el caso del plátano, se recomienda hacer tres lecturas y tomar el
promedio de éstas.
3.4 Descripción del túnel de secado.
El túnel de secado es un ducto diseñado de manera que el flujo de aire dentro de
él sea uniforme y controlado. El aire se calienta mediante resistencias eléctricas, las
cuales trabajan al fijar la temperatura deseada, controlada por medio de un control PID
(Proporcional Diferencial Integral), el cual está conectado a un termómetro de bulbo
seco.
La velocidad de flujo de aire se regula con un variador de frecuencia conectado
al motor de un ventilador centrífugo marca Armee Chicago tamaño 12 ¼, con motor de
½ hp.
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
27
La humidificación del aire se realiza mediante un dispersor de vapor introducido
en el ducto inferior del túnel donde se localizan las resistencias. El vapor es
proporcionado por un generador de vapor con capacidad de 4 litros.
Con el fin de conocer las condiciones a las que se lleva acabo el proceso de
secado, se miden las variables de humedad relativa (humedad del aire), temperatura de
bulbo seco y temperatura de bulbo húmedo, mediante un sensor de humedad ubicado
antes del lugar donde se encuentra la muestra. También se tiene un medidor infrarrojo
por medio del cual se mide la temperatura superficial del sólido.
El peso de la muestra durante el proceso se registra mediante una balanza marca
OHAUS, conectada mediante el puerto serial a una computadora.
3.4.1 Bomba de Calor.
Con el fin de realizar un proceso de secado bajo condiciones variables de
temperatura y velocidad, se adaptó una bomba de calor, la cual se encuentra en la parte
inferior del secador de túnel. Su función consiste en bajar la temperatura del aire de
secado en un tiempo determinado al mismo tiempo que deshumidifica el ambiente, de
manera que se pueda mantener la temperatura y después aumentarla, generando ciclos.
La bomba de calor funciona mediante un líquido refrigerante, en este caso
Clorodifluorometano (CHF2Cl) o R-22, que al pasar por el evaporador aumenta su
temperatura absorbiendo calor del aire que pasa a través de él, de manera que la
humedad contenida en el aire se congela en los tubos del evaporador. El refrigerante
sigue su ciclo por la válvula de expansión, el compresor y el condensador.
El compresor con el que esta bomba de calor funciona es de 1 hp. Cabe destacar
que la bomba fue armada en el CIIDIR-OAXACA, sin previo cálculo, por dicha razón
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
28
no es posible bajar la temperatura del aire de secado de manera rápida.
Aproximadamente se disminuyen 20°C en un tiempo de 1 hr.
3.4.2 Dispositivos de medición y control de datos.
3.4.2.1 Sistemas de medición y registro de datos.
La medición de flujo de aire, humedad y temperatura sin ser registrada en el
equipo
de
adquisición
de
higrómetro/anemómetro/termómetro
datos
tipo
se
puede
TRI-SENSE
realizar
marca
mediante
Cole
Parmer.
un
El
dispositivo permite dos tipos de termopares de sonda J o K conectados simultáneamente.
Los termopares están aislados eléctricamente para reducir el error del sistema.
El medidor infrarrojo de temperatura superficial funciona mediante un sensor
óptico que mide la energía térmica emitida por el sólido, esta señal es convertida en
señal digital para leerse en grados Centígrados.
La medición de humedad y temperatura se efectúa con la ayuda de un sensor de
humedad HUMICAP HMP234 marca VAISALA, este dispositivo mide la temperatura
de bulbo húmedo y entalpía.
Los dispositivos de medición de humedad, temperatura y velocidad pueden
conectarse de manera rápida y sencilla al dispositivo de medición que muestra las
lecturas esperadas. Las características avanzadas incluyen la capacidad para almacenar
más de 99 lecturas altas y lectura bajas. Las mediciones de temperatura se leen en un
grado de resolución de 10° en grados Celsius y Fahrenheit. Las mediciones de humedad
relativa pueden ser de 10-100% con una resolución de 0.1%. Las mediciones de
velocidad de aire pueden leerse en pies/min, m/s con una resolución de 1 pies/min (0.01
m/s).
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
29
Para recibir las señales de milivoltaje de los termopares en tiempo real,
acondicionarla y transmitirla en forma digital a una PC se utiliza un equipo de
adquisición de datos Cole Parmer con 48 canales, resolución de 16 bits y una precisión
de +- 0.02% del intervalo.
Para almacenar y manejar los datos de humedad y temperaturas se utiliza el
software MAC-14. Para el registro de la pérdida de peso durante el proceso de secado, se
utiliza el programa Winwedge, el cual por medio de una hoja de cálculo de Excel,
almacena los datos y al mismo tiempo se calcula y grafica la rapidez de secado en
tiempo real.
3.4.2.2 Control de temperatura, humedad y flujo de aire.
Para el control de temperaturas se usan dos controladores PID marca
Crouzet, uno está conectado a las resistencia controlando las variables de temperatura
para termómetro de bulbo seco y el otro esta conectado al termómetro de bulbo húmedo
para establecer los cambios de humedad en el túnel.
La humidificación del ambiente por medio de un generador de vapor se lleva a
cabo manualmente, es decir, cuando se requiere aumentar la humedad del ambiente
dentro del túnel de secado se acciona un interruptor que alimenta de vapor el sistema.
La variación de la velocidad del aire se realiza por de medio de un convertidor de
frecuencia marca SAMI o18 MD2 044MD2, con voltaje de 220/230/240 V1 en fase
principal, el cual varía la velocidad del motor del ventilador a determinada frecuencia.
Para establecer la velocidad de trabajo, se cambia la frecuencia del motor hasta
encontrar el valor requerido medido por medio de un anemómetro de punta caliente TRISENSE (Cole Parmer).
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
30
3.5 Calidad de los productos.
3.5.1 Determinación de humedad.
Para determinar la humedad contenida en el producto después del proceso de
secado, se realiza el siguiente procedimiento:
1. Una caja petri, preparada previamente a peso constante y enfriada en un
desecador, se pesa vacía y se le coloca una cantidad de entre 5 o 10 gr. de
producto deshidratado.
2. Se introduce la caja con muestra en el horno a 70 °C y se aplica vacío (20 inHg)
y se deja por un lapso de 4 horas (AOAC 930.15)
3. Al terminar la operación, se deja enfriar la caja en un desecador por 3 minutos y
después se vuelve a pesar la caja con muestra y se calcula el porcentaje de
humedad:
%CH bh =
Peso húmedo − Peso sec o
×100
Peso húmedo
(3)
Este procedimiento se hace por réplica para tener mayor confiabilidad en los
resultados obtenidos. Es importante el empleo de pinzas para el manejo de las cajas para
evitar alteraciones en el resultado de la medición.
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
31
3.5.2 Determinación de color.
El color, es un atributo importante de los productos alimenticios y es objeto de
cambios apreciables durante su procesamiento. Este da al consumidor la correlación
directa visual de sabor y frescura. ( Chua, 2000)
Para la determinación de color del producto obtenido después del proceso de
secado, es necesario comparar los parámetros de la fruta seca con un testigo. Dicho
testigo puede ser un fruto seco que se encuentre en el mercado o bien uno que provenga
de un secado a condiciones constantes, cuyo proceso se realice en el secador donde se
hacen las pruebas, de esta manera es posible observar el efecto que tiene la aplicación
del pretratamiento en la calidad de color de la fruta seca.
Los cambios de color en cada parámetro, con respecto a la medición inicial del
fruto son calculados de la siguiente forma:
∆L= L – Lo
(4)
∆a= a – ao
(5)
∆b= b – bo
(6)
La diferencia total de color (∆E), se determina:
∆E= (∆L2 + ∆a2 + ∆b2)1/2
(7)
Al igual que en la medición de color inicial del fruto, es necesario ser cuidadoso
a la hora de efectuar la medición con el colorímetro.
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
32
3.5.3 Determinación de actividad de agua.
La medición de la actividad de agua en el producto obtenido del secado, nos
permite definir condiciones de almacenamiento y requerimientos para su conservación.
La actividad de agua (aw) en un alimento esta definida como la relación que hay
entre la presión de vapor de agua en él y la presión de vapor del agua pura. También se
define como la humedad relativa del producto entre 100 % de humedad. Así, para el
agua pura la actividad de agua tiene una valor de uno y es el máximo valor que puede
tener un alimento. Entre menor es el valor de actividad de agua, el crecimiento de los
microorganismo se detiene; no lo lleva a la muerte, sino que se mantiene en condición
de resistencia durante un tiempo largo, permitiendo aumentar la vida de anaquel del
producto.
El dispositivo que se utiliza para determinar la actividad de agua del fruto, es un
Aw Sprint, de marca Novasina, modelo TH-500. Consta de una celda, la cual tiene un
sensor por medio del cual mide la humedad relativa del alimento, funciona entre 0°C a
50°C.
Se coloca una muestra del producto obtenido en la celda y se efectúa la lectura a
25 °C, ya que es la temperatura a la que comúnmente están reportados los datos en la
bibliografía.
Las reacciones que deterioran los alimentos están determinadas por la actividad
de agua. El crecimiento de microorganismos es posible inhibirlo con valores por debajo
de 0.6 de actividad de agua. En cuanto al obscurecimiento no enzimático, valores de
entre 0.4 y 0.65 disminuyen las velocidades de reacción. (Strumillo, 1996)
Al igual que en los análisis de humedad y color, es necesario hacer la medición a
tres réplicas.
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
33
3.6 Desarrollo de la experimentación.
1. Se lavan y secan las charolas de aluminio, así como las mallas de plástico sobre
las que se coloca el fruto.
2. Se conecta el equipo, se fija la temperatura de calentamiento y enfriamiento y la
velocidad del aire (2 m/s). *Si la experimentación requiere de enfriar al
principio, se pone a enfriar el túnel de secado previamente.
3. Se mide el color del plátano que se va a deshidratar.
4. Se obtiene el índice de madurez, mediante la determinación de °Brix y acidez.
5. Se pesan los plátanos completos y después su cáscara para determinar por
diferencia el peso de la pulpa. Debido a la poca capacidad del túnel de secado se
utilizan 4 plátanos.
6. Se rebanan los plátanos con 5 mm de espesor en diagonal, con el fin de que la
lectura de color se facilite al tener mayor área de contacto.
7. Si el experimento requiere de pretratamiento, se prepara de la siguiente forma:
En dos vasos de precipitados de 600 ml cada uno, se añaden 250 ml de agua
destilada y en cada uno se disuelven 2.5 g de ácido cítrico (1% ac. cítrico).
Se sumergen las rebanadas en dos vaso conteniendo la solución de pretratamiento
y se dejan por 15 minutos. Después se somete a vacío.
8. Se coloca el fruto en las charolas previamente taradas en la balanza del secador.
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
34
9. Se mide color al fruto antes de iniciar el proceso de secado y después durante
cada hora hasta finalizar el secado.
10. Se colocan las charolas con el fruto en el secador, cuidando que una rebanada
quede debajo del sensor infrarrojo para la medición de temperatura superficial.
11. Se enciende el ventilador, las resistencias y la *bomba de calor.
12. Se inicia el proceso de secado.
3.6.1 Determinación de humedad final.
El contenido de humedad final que debe tener un fruta seca esta ligada con su
capacidad de alargar la vida de anaquel, pues de la humedad, que es el contenido de
agua por sólido seco, depende la actividad de agua en el alimento. Las frutas deshidratas
en el mercado tiene un contenido de humedad de 15 a 25 %.
Durante la experimentación, para conocer en que momento del proceso de
secado, el fruto llega a la humedad final deseada, es necesario calcular el peso que el
fruto tendrá.
Como se menciona anteriormente, por medio de una balanza infrarroja, se
determina el contenido de humedad del fruto fresco. El resultado de la balanza está dado
en base húmeda, por lo que es necesario convertirlo a base seca:
%CH bs =
%CH bh
% ss
(8)
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
35
Donde:
% CH bs : Contenido de agua (humedad) base seca
% CH bh : Contenido de agua (humedad) base húmeda
% ss : Porcentaje de sólidos secos (100- % CH bh )
De la misma manera se calcula el contenido de humedad base seca al que se desea
obtener el producto.
Con el peso del fruto una vez que se le ha dado el pretratamiento y el peso de la
pulpa fresca del plátano (sin pretratamiento), se determina la cantidad de solución con
ácido cítrico que absorbió el fruto. Esta cantidad de solución absorbida, representa un
aumento en el contenido de humedad del fruto fresco, por lo cual, al contenido de
humedad en base seca se suma el peso de la solución que absorbe la fruta fresca y con
este dato se calcula el peso seco del plátano:
Peso Seco ( PSC ) =
Peso inicial
CH bs + 1
(9)
Por último, se calcula el peso final del fruto para que contenga el porcentaje de
humedad requerido:
Peso actual = (CH bs
× PSC ) + PSC
(10)
3.6.2 Determinación de la rapidez de secado.
La determinación de la rapidez de secado se hace directamente en la hoja de
cálculo de Excel, únicamente se necesita introducir la fórmula.
La rapidez de secado esta dada por la diferencia en el contenido de humedad base
seca en un intervalo de tiempo (g agua / g sólido seco* min).
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
36
Una vez determinado el contenido de sólidos secos en el fruto o bien el peso
seco, es posible conocer el contenido de humedad que tiene el fruto que se está secando.
El contenido de humedad se obtiene:
g agua / g ss =
Peso − sólios sec os
sólidos sec os
(11)
Entonces, la rapidez de secado esta dada por:
Rapidez
de sec ado =
Contenido de humedad
anterior − Contenido de humedad
tiempo
(12)
La manera en que se puede apreciar mejor como se está desarrollando el secado
del fruto es gráficamente. Conociendo el contenido de humedad y la rapidez de secado,
es posible realizar una gráfica de velocidad de secado, colocando en el eje de las abcisas
el contenido de humedad y en el eje de las ordenadas la rapidez de secado, como se
muestra en la Fig. 2.
actual
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
37
3.7 Procedimiento para el cálculo de la potencia del compresor.
1. Determinación de las condiciones del aire en el secador :
R-22
Condensador
Evaporador
Bomba de calor
Figura 3. Esquema del secador de gabinete con bomba de calor
a. Establecer las condiciones del aire de secado tales como temperatura de bulbo
seco, humedad relativa y temperatura de rocío.
b. Establecer la velocidad de secado promedio, de acuerdo a la experimentación
realizada.
c. Calcular el área de transferencia:
Área = (largo charolas)(ancho charolas)(espacio entre charolas)(No. de charolas) (15)
d. Obtener el flujo másico de aire.
m& =
v&
VH
(16)
VH = [0.00283 + 0.00456 H ][T + 273]
Donde:
m& : flujo másico (kg/min)
v& : flujo volumétrico (m3/s)
(17)
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
38
VH : Volumen húmedo (m3/kg aire seco)
H : Contenido de humedad ( kg agua/ kg aire seco)
e. Calcular la humedad del aire a la entrada del evaporador (salida del secador).
CH final = CH inicial +
velocidad
de sec ado
m&
(18)
2. Condiciones de operación del evaporador y el condensador:
a. Fijar la diferencia de temperaturas para la transferencia de calor entre el
refrigerante y el aire.
b. Obtener mediante tablas o gráficas, las entalpías correspondientes a las
temperaturas de operación del refrigerante (R-22)
P (bar)
H2
satura
do
H1
H3
Va p o r
Lí q
uido
satu
rad
o
H4
H (KJ/kg K)
Figura 4. Diagrama presión-entalpía para un ciclo de Carnot
3. Balance de energía de los cuatro componentes de la bomba de calor:
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
39
a. Con el balance de energía del aire se obtiene la cantidad de calor que absorbe el
evaporador para la transferencia de calor.
Qaire = Qlatente + Qsensible
(19)
Qlatente = m& agua λ
(20)
Qsensible = m& aire ∆H
(21)
Donde:
∆H: Cambio en entalpía (KJ/kg aire seco)
Humedad
(kg agua/ kg aire seco)
100%HR
3
2
4
1
T (°C)
Figura 5. Proceso del aire en la carta psicométrica.
b. Balance termodinámico:
III. METODOLOGÍA Y EQUIPO
Qevaporador = m& R −22 ( H 2 − H 1 )
(22)
Qcondensador = m& R − 22 ( H 4 − H 3 )
(23)
Wideal = m& R −22 ( H 3 − H 2 )
(24)
Wideal
(25)
Wreal =
η compresor
40
Donde:
W : trabajo requerido (hp)
η : Eficiencia
Para el balance, se supone un proceso adiabático. Se asume que no hay líquido
subenfriado ni succión de gas sobrecalentado.
Debido a que la válvula idealmente trabaja de manera isoentálpica, las entalpías H1 y H4
son iguales. En el caso del compresor, idealmente se comporta de manera isoentrópico
(S3=S2), de esta manera se obtiene un trabajo ideal.
Para la obtención del trabajo real es necesario conocer la eficiencia del compresor.